abstrak: Keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q digunakan secara meluas dalam pembinaan saluran paip penghantaran minyak dan gas jarak jauh kerana keliatan suhu rendah yang sangat baik., kekuatan tinggi, dan rintangan kakisan. Dalam kertas ini, analisis komprehensif tentang struktur mikro dan sifat mekanikal API 5L X70Q/L485Q keluli saluran paip lancar telah dijalankan menggunakan mikroskop optik (TENTANG), Mengimbas Mikroskopi Elektron (WHO), Mikroskopi Elektron Penghantaran (TEM), Ujian Tegangan Unipaksi, Ujian Kesan Charpy, dan ujian kekerasan. Keputusan menunjukkan bahawa struktur mikro keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q terutamanya terdiri daripada ferit acicular (DARIPADA), ferit poligon (PF), dan sedikit bainit (b) dan martensit-austenit (M-A) pulau-pulau. Ferit acicular, dengan strukturnya yang halus dan saling mengunci, adalah faktor utama yang menyumbang kepada sifat mekanikal komprehensif keluli yang sangat baik. Keputusan ujian tegangan menunjukkan bahawa keluli mempunyai kekuatan hasil sebanyak 490-520 MPa, kekuatan tegangan daripada 620-650 MPa, dan pemanjangan daripada 28%-32%, yang memenuhi sepenuhnya keperluan API 5L dan GB/T 9711 piawaian. Keputusan ujian hentaman Charpy menunjukkan bahawa tenaga penyerapan hentaman keluli pada -20 ℃ lebih besar daripada 120 J, menunjukkan keliatan suhu rendah yang sangat baik. Keputusan ujian kekerasan menunjukkan bahawa kekerasan Rockwell (HRC) keluli adalah antara 18 dan 22, dengan taburan kekerasan seragam. sebagai tambahan, kesan proses rawatan haba yang berbeza (Menormalkan, Tempering) mengenai struktur mikro dan sifat mekanikal keluli juga disiasat. Telah didapati bahawa suhu normalisasi yang sesuai (920-950℃) dan suhu pembajaan (600-650℃) boleh memperhalusi lagi struktur mikro, meningkatkan perkadaran ferit acicular, dan dengan itu meningkatkan sifat mekanikal keluli. Hasil penyelidikan menyediakan asas teori dan sokongan teknikal untuk pengeluaran, Permohonan, dan pengoptimuman prestasi keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q.

Kata kunci: API 5L X70Q; L485Q; keluli saluran paip lancar; Struktur mikro; Sifat Mekanikal; ferit acicular; rawatan haba

Dengan perkembangan pesat industri tenaga global, permintaan untuk saluran paip penghantaran minyak dan gas jarak jauh semakin meningkat. Pengangkutan saluran paip, sebagai peti keselamatan, cekap, dan cara pengangkutan tenaga yang menjimatkan, telah menjadi bahagian penting dalam rantaian bekalan tenaga. Dalam pembinaan saluran paip jarak jauh, keluli saluran paip adalah bahan teras, dan prestasinya secara langsung menjejaskan keselamatan, kebolehpercayaan, dan hayat perkhidmatan sistem saluran paip. Terutama dalam persekitaran perkhidmatan yang keras seperti kawasan sejuk, medan minyak dan gas tekanan tinggi, dan kawasan marin, keluli saluran paip diperlukan untuk mempunyai sifat komprehensif yang sangat baik, termasuk kekuatan tinggi, keliatan suhu rendah yang baik, Rintangan kakisan, dan kebolehkimpalan.

Keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q ialah sejenis aloi rendah berkekuatan tinggi (HSLA) keluli, yang dibangunkan untuk memenuhi keperluan pembinaan saluran paip jarak jauh moden. yang “Q” dalam gred menunjukkan bahawa keluli mempunyai keliatan suhu rendah yang sangat baik, yang menjadikannya sesuai untuk digunakan di kawasan sejuk di mana suhu boleh serendah -20℃ atau lebih rendah. Berbanding dengan keluli saluran paip X70/L485 biasa, Keluli X70Q/L485Q mempunyai keliatan yang lebih tinggi dan rintangan yang lebih baik terhadap patah rapuh, yang berkesan boleh mencegah kemalangan saluran paip yang disebabkan oleh keretakan rapuh suhu rendah. sebagai tambahan, struktur lancar keluli saluran paip X70Q/L485Q mengelakkan kecacatan pada sambungan yang dikimpal, meningkatkan lagi kebolehpercayaan dan keselamatan saluran paip.

Struktur mikro keluli saluran paip adalah faktor asas yang menentukan sifat mekanikalnya. Untuk keluli saluran paip HSLA, jenis, morfologi, Saiz, dan pengagihan komponen mikrostruktur (seperti ferit, bainit, martensit, dan fasa kedua) mempunyai kesan yang ketara terhadap kekuatannya, Merupakan, dan kemuluran. Oleh itu, analisis mendalam tentang struktur mikro keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q dan hubungannya dengan sifat mekanikal adalah sangat penting untuk mengoptimumkan proses pengeluaran keluli, meningkatkan prestasinya, dan memastikan operasi saluran paip yang selamat.

Pada masa ini, ramai sarjana telah menjalankan penyelidikan ke atas keluli saluran paip siri X70/L485. Sebagai contoh, Beberapa kajian telah memberi tumpuan kepada kesan unsur mengaloi ke atas struktur mikro dan sifat mekanikal keluli X70, dan mendapati unsur-unsur seperti Nb, V, dan Ti boleh menapis bijirin dan meningkatkan kekuatan dan keliatan keluli melalui penapisan bijirin dan pengukuhan kerpasan. Kajian lain telah menyiasat pengaruh proses rawatan haba terhadap prestasi keluli X70, dan mencadangkan parameter rawatan haba optimum untuk mendapatkan sifat komprehensif yang sangat baik. bagaimanapun, terdapat sedikit kajian sistematik mengenai struktur mikro dan sifat mekanikal API 5L X70Q/L485Q keluli saluran paip lancar, terutamanya analisis terperinci struktur ferit acicular dan kesannya terhadap keliatan suhu rendah. sebagai tambahan, penyelidikan mengenai korelasi antara struktur mikro dan sifat mekanikal keluli X70Q/L485Q di bawah keadaan rawatan haba yang berbeza tidak mencukupi.

Oleh itu, kertas kerja ini menjalankan kajian komprehensif tentang struktur mikro dan sifat mekanikal API 5L X70Q/L485Q keluli saluran paip lancar. Struktur mikro keluli diperhatikan dan dianalisis menggunakan OM, WHO, dan TEM. Sifat mekanikal diuji melalui tegangan, Kesan Charpy, dan ujian kekerasan. Hubungan antara struktur mikro dan sifat mekanikal dibincangkan. sebagai tambahan, kesan proses penormalan dan pembajaan pada struktur mikro dan sifat mekanikal keluli disiasat untuk menyediakan asas teori bagi pengeluaran dan penggunaan keluli saluran paip lancar X70Q/L485Q.

Sarjana asing telah menjalankan penyelidikan mendalam mengenai keluli saluran paip berkekuatan tinggi seperti X70 sejak 1980-an. Kajian awal memberi tumpuan kepada pembangunan keluli saluran paip beraloi mikro, dan mendapati bahawa penambahan unsur mikroaloi seperti Nb, V, dan Ti boleh meningkatkan kekuatan dan keliatan keluli dengan ketara. Sebagai contoh, Nb boleh melambatkan penghabluran semula austenit semasa penggulungan panas, menapis bijirin, dan bentuk Nb(C,N) mendakan untuk menguatkan matriks. V boleh membentuk mendakan VC, yang mempunyai kesan pengukuhan kerpasan yang kuat. Ti boleh membentuk mendakan TiN, yang boleh menghalang pertumbuhan bijirin austenit semasa pemanasan.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, sarjana asing telah memberi lebih perhatian kepada kawalan struktur mikro dan pengoptimuman prestasi keluli saluran paip. Sesetengah kajian telah menggunakan penggelek terkawal dan penyejukan terkawal (TMCP) teknologi untuk mendapatkan struktur mikro berbutir halus yang terdiri daripada ferit acicular dan ferit poligon, yang meningkatkan keliatan suhu rendah keluli dengan ketara. Sebagai contoh, Smith et al. menggunakan teknologi TMCP untuk menghasilkan keluli saluran paip X70 dengan ferit acicular sebagai mikrostruktur utama, dan tenaga serapan hentaman pada -20℃ mencapai lebih daripada 150 J. sebagai tambahan, sarjana asing juga telah mengkaji rintangan kakisan keluli saluran paip X70 dalam persekitaran yang keras seperti CO₂ dan H₂S, dan mencadangkan pelbagai langkah perlindungan kakisan.

Penyelidikan domestik mengenai keluli saluran paip X70/L485 bermula agak lewat, tetapi telah berkembang pesat. Perusahaan keluli domestik dan institusi penyelidikan telah berjaya membangunkan keluli saluran paip X70/L485 yang memenuhi piawaian antarabangsa melalui penyelidikan dan pembangunan bebas serta pengenalan teknikal. Beberapa kajian telah memberi tumpuan kepada kesan unsur mengaloi ke atas struktur mikro dan sifat mekanikal keluli X70. Sebagai contoh, Li et al. mengkaji kesan kandungan Nb terhadap struktur mikro dan sifat mekanikal keluli saluran paip X70, dan mendapati bahawa apabila kandungan Nb adalah 0.03%-0.06%, keluli mempunyai sifat komprehensif terbaik. Kajian lain telah menyiasat pengaruh proses rawatan haba terhadap prestasi keluli X70. Sebagai contoh, Wang et al. mengkaji kesan suhu menormalkan ke atas struktur mikro dan sifat mekanikal keluli X70, dan mendapati bahawa suhu normalisasi optimum ialah 920-950 ℃.

bagaimanapun, masih terdapat beberapa kekurangan dalam penyelidikan semasa. Di satu pihak, kebanyakan objek penyelidikan adalah keluli saluran paip yang dikimpal, dan penyelidikan mengenai keluli saluran paip lancar agak sedikit. Sebaliknya, penyelidikan tentang struktur mikro dan sifat mekanikal keluli X70Q/L485Q dengan keliatan suhu rendah yang sangat baik tidak cukup sistematik, terutamanya analisis terperinci struktur ferit acicular dan kesannya terhadap keliatan suhu rendah. Oleh itu, adalah perlu untuk menjalankan penyelidikan mendalam mengenai struktur mikro dan sifat mekanikal API 5L X70Q/L485Q keluli saluran paip lancar.

Objektif utama kertas kerja ini adalah seperti berikut: (1) Untuk memerhati dan menganalisis struktur mikro keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q menggunakan OM, WHO, dan TEM, dan tentukan jenisnya, morfologi, Saiz, dan pengagihan komponen mikrostruktur. (2) Untuk menguji sifat mekanikal keluli melalui tegangan, Kesan Charpy, dan ujian kekerasan, dan menilai prestasinya mengikut API 5L dan GB/T 9711 piawaian. (3) Untuk membincangkan hubungan antara struktur mikro dan sifat mekanikal keluli, dan menjelaskan peranan setiap komponen mikrostruktur dalam menentukan sifat mekanikal. (4) Untuk menyiasat kesan proses penormalan dan pembajaan ke atas struktur mikro dan sifat mekanikal keluli, dan cadangkan parameter rawatan haba yang optimum.

Skop kajian kertas ini merangkumi: (1) Keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q yang diterima. (2) Keluli selepas proses rawatan haba yang berbeza (menormalkan pada 880-980 ℃, pembajaan pada 550-700 ℃). (3) Analisis struktur mikro keluli menggunakan OM, WHO, dan TEM. (4) Ujian sifat mekanikal keluli menggunakan ujian tegangan uniaksial, Ujian Kesan Charpy, dan ujian kekerasan.

Kertas kerja ini dibahagikan kepada enam bab. Bab 1 ialah pengenalan, yang menghuraikan latar belakang dan kepentingan penyelidikan, meringkaskan status penyelidikan di dalam dan luar negara, menjelaskan objektif dan skop penyelidikan, dan memperkenalkan struktur tesis. Bab 2 memperkenalkan ciri-ciri bahan keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q, termasuk komposisi kimia dan proses pengeluarannya. Bab 3 menerangkan kaedah eksperimen, termasuk penyediaan sampel, Kaedah Pemerhatian Struktur Mikro, dan kaedah ujian sifat mekanikal. Bab 4 menganalisis struktur mikro keluli yang diterima dan dirawat haba. Bab 5 menguji dan menganalisis sifat mekanikal keluli, dan membincangkan hubungan antara struktur mikro dan sifat mekanikal. Bab 6 adalah kesimpulan dan prospek, yang meringkaskan hasil penyelidikan utama, menunjukkan kelemahan penyelidikan, dan menantikan hala tuju penyelidikan masa hadapan.

Keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q ialah keluli aloi rendah berkekuatan tinggi, dan komposisi kimianya dikawal ketat oleh API 5L dan GB/T 9711 piawaian. Komposisi kimia keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q yang diterima digunakan dalam kajian ini telah dikesan oleh spektrometer bacaan langsung, dan keputusan ditunjukkan dalam Jadual 1 (Pecahan jisim, %).

ELEMEN

C

Si

MN

P

S

NB

V

Ti

Cr

Mo

Ni

Cu

Fe

Kandungan

0.08

0.35

1.60

0.015

0.005

0.045

0.030

0.020

0.15

0.10

0.20

0.10

Bal.

Had API 5L

Ibu 0.10

≤0.40

1.20-1.80

≤0.025

≤0.010

0.02-0.06

0.01-0.04

0.01-0.03

≤0.30

≤0.30

≤0.50

≤0.30

Bal.

Ia boleh dilihat dari Jadual 1 bahawa komposisi kimia keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q yang digunakan dalam kajian ini memenuhi sepenuhnya keperluan standard API 5L. Unsur pengaloian utama dan fungsinya adalah seperti berikut:

(1) Karbon (C): Karbon adalah unsur penting yang meningkatkan kekuatan keluli. Kandungan karbon yang betul boleh meningkatkan kekuatan keluli melalui pengukuhan larutan pepejal. bagaimanapun, kandungan karbon yang berlebihan akan mengurangkan keliatan dan kebolehkimpalan keluli. Oleh itu, kandungan karbon keluli X70Q/L485Q dikawal ketat di bawah 0.10%.

(2) silikon (Si): Silikon ialah penyahoksida dan juga boleh meningkatkan kekuatan keluli melalui pengukuhan larutan pepejal. Kandungan silikon keluli X70Q/L485Q dikawal antara 0.10% dan 0.40%.

(3) deposit (MN): Mangan adalah unsur austenitizing yang penting dan boleh meningkatkan kekuatan dan keliatan keluli dengan ketara. Mangan juga boleh menapis bijirin dan meningkatkan kebolehkerasan keluli. Kandungan mangan keluli X70Q/L485Q dikawal antara 1.20% dan 1.80%.

(4) fosfor (P) dan sulfur (S): Fosforus dan sulfur adalah unsur kekotoran yang berbahaya. Fosforus akan mengurangkan keliatan keluli, terutamanya keliatan suhu rendah, dan menyebabkan kerapuhan sejuk. Sulfur akan membentuk kemasukan MnS, yang akan mengurangkan kemuluran dan keliatan keluli dan menyebabkan kerapuhan panas. Oleh itu, kandungan fosforus dan sulfur dikawal ketat di bawah 0.025% dan 0.010% masing-masing.

(5) Niobium (NB), vanadium (V), Titanium (Ti): Ini adalah unsur pengaduan mikro, yang memainkan peranan penting dalam menapis bijirin dan meningkatkan kekuatan dan keliatan keluli. Nb boleh melambatkan penghabluran semula austenit semasa penggulungan panas, menapis bijirin, dan bentuk Nb(C,N) mendakan untuk menguatkan matriks. V boleh membentuk mendakan VC, yang mempunyai kesan pengukuhan kerpasan yang kuat. Ti boleh membentuk mendakan TiN, yang boleh menghalang pertumbuhan bijirin austenit semasa pemanasan.

(6) kromium (Cr), Molybdenum (Mo), Nikel (Ni), Tembaga (Cu): Unsur-unsur ini boleh meningkatkan kebolehkerasan dan rintangan kakisan keluli. Penambahan yang betul bagi unsur-unsur ini boleh meningkatkan lagi sifat komprehensif keluli X70Q/L485Q.

Proses pengeluaran keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q terutamanya termasuk peleburan, pemutus, Tindik, rolling, rawatan haba, dan penamat. Proses pengeluaran khusus adalah seperti berikut:

(1) Peleburan: Keluli itu dilebur oleh relau oksigen asas (BOF) atau relau arka elektrik (EAF), dan kemudian ditapis dengan relau senduk (LF) dan penyahgas vakum (VD) untuk mengurangkan kandungan kekotoran dan gas, dan menyesuaikan komposisi kimia untuk memenuhi keperluan.

(2) pemutus: Keluli lebur yang dilebur dibuang ke dalam bilet melalui proses penuangan berterusan. Bilet tuangan berterusan mempunyai komposisi kimia seragam dan struktur padat, yang meletakkan asas yang baik untuk pemprosesan seterusnya.

(3) Tindik: Bilet tuangan berterusan dipanaskan hingga 1200-1250 ℃ dalam relau pemanasan, dan kemudian ditebuk ke dalam bilet berongga oleh penebuk. Proses menindik merupakan langkah penting dalam penghasilan paip keluli lancar, yang menentukan ketebalan dinding dan diameter dalam bilet berongga.

(4) rolling: Bilet berongga digulung ke dalam paip keluli lancar saiz yang diperlukan oleh kilang penggulungan berterusan atau kilang mandrel. Semasa proses rolling, suhu dan kelajuan rolling dikawal ketat untuk memastikan ketepatan dimensi dan permukaan kualiti daripada paip keluli.

(5) rawatan haba: Paip keluli lancar yang digulung tertakluk kepada rawatan haba (seperti menormalkan, Tempering) untuk melaraskan struktur mikro dan memperbaiki sifat mekanikal. Proses rawatan haba mempunyai kesan yang ketara ke atas struktur mikro dan sifat mekanikal keluli X70Q/L485Q.

(6) Kemasan: Paip keluli yang dirawat haba tertakluk kepada proses penamat seperti meluruskan, Memotong, dan rawatan permukaan untuk memenuhi keperluan produk akhir.

Proses pengeluaran keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q adalah kompleks dan memerlukan kawalan ketat bagi setiap parameter proses untuk memastikan kualiti produk akhir. Antaranya, proses rawatan haba adalah pautan utama untuk melaraskan struktur mikro dan sifat mekanikal keluli.

Bahan eksperimen yang digunakan dalam kajian ini ialah keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q dengan diameter luar 114 mm dan ketebalan dinding 10 mm. Sampel telah dipotong daripada paip keluli yang diterima dan paip keluli selepas proses rawatan haba yang berbeza.

Untuk sampel cerapan struktur mikro: Sampel telah dipotong 10 mm × 10 mm × 5 kepingan mm. Sampel dikisar dengan 400#, 800#, 1200#, dan 2000# kertas pasir secara bergilir-gilir, kemudian digilap dengan pes penggilap berlian (saiz zarah 1.5 μm), dan akhirnya terukir dengan 4% larutan alkohol asid nitrik untuk 5-10 detik. Sampel yang terukir dibersihkan dengan alkohol dan dikeringkan untuk pemerhatian mikrostruktur.

Untuk sampel ujian sifat mekanikal: (1) Sampel ujian tegangan: Sampel tegangan telah diproses mengikut GB/T 228.1-2010 Standard, dengan panjang tolok sebanyak 50 mm, diameter tolok sebanyak 10 mm, dan jumlah panjang 150 mm. (2) Sampel ujian kesan Charpy: Sampel impak telah diproses mengikut GB/T 229-2020 Standard, dengan saiz 10 mm × 10 mm × 55 mm, dan takuk-V (kedalaman takuk 2 mm, sudut takuk 45°, jejari akar 0.25 mm). (3) Sampel ujian kekerasan: Sampel telah dipotong 10 mm × 10 mm × 10 kepingan mm, dan permukaannya dikisar dan digilap untuk memastikan permukaan licin.

Untuk sampel rawatan haba: Sampel yang diterima telah tertakluk kepada rawatan haba normalisasi dan pembajaan. Suhu menormalkan ditetapkan kepada 880 ℃, 920℃, 950℃, dan 980 ℃, dan masa pegangan adalah 30 minit, kemudian disejukkan dengan udara. Suhu pembajaan ditetapkan kepada 550 ℃, 600℃, 650℃, dan 700 ℃, dan masa pegangan adalah 60 minit, kemudian disejukkan dengan udara.

Struktur mikro sampel diperhatikan menggunakan tiga jenis mikroskop:

(1) Mikroskopi Optik (TENTANG): Mikroskop optik Olympus GX71 digunakan untuk memerhatikan struktur mikroskopik sampel, dan saiz butiran diukur menggunakan kaedah pintasan linear mengikut GB/T 6394-2017 Standard.

(2) Mengimbas Mikroskopi Elektron (WHO): Zeiss Sigma 300 mikroskop elektron pengimbasan digunakan untuk memerhati struktur mikro terperinci sampel, seperti morfologi ferit, bainit, dan pulau M-A, dan pengagihan kemasukan. Voltan pecutan ialah 20 kV.

(3) Mikroskopi Elektron Penghantaran (TEM): Mikroskop elektron penghantaran JEOL JEM-2100 digunakan untuk memerhati struktur mikro halus sampel, seperti struktur kristal ferit, morfologi dan saiz mendakan, dan struktur kehelan. Voltan pecutan ialah 200 kV. Sampel TEM disediakan dengan memotong 3 mm × 3 hirisan mm daripada sampel cerapan struktur mikro, mengisar mereka sehingga ketebalan 100 μm, kemudian menumbuk ke dalam 3 cakera diameter mm, dan akhirnya menipis kepada ketelusan menggunakan penggilap elektrolitik jet berkembar. Larutan penggilap elektrolitik ialah larutan campuran daripada 5% asid perklorik dan 95% etanol, suhu penggilap ialah -20 ℃, dan voltan penggilap adalah 20 V.

Sifat mekanikal sampel telah diuji menggunakan kaedah berikut:

(1) Ujian Tegangan Unipaksi: Mesin ujian universal Zwick/Roell Z100 digunakan untuk menjalankan ujian tegangan pada suhu bilik (25℃) dengan kadar pemuatan sebanyak 2 mm/min. Tiga sampel telah diuji untuk setiap keadaan, dan nilai purata telah diambil. Kekuatan hasil (σₛ), Kekuatan Tegangan (σᵦ), dan pemanjangan (d) diukur mengikut GB/T 228.1-2010 Standard.

(2) Ujian Kesan Charpy: Mesin ujian impak Zwick/Roell HIT50P digunakan untuk menjalankan ujian impak Charpy pada -20 ℃. Tiga sampel telah diuji untuk setiap keadaan, dan nilai purata telah diambil. Tenaga penyerapan hentaman (Aₖᵥ) diukur mengikut GB/T 229-2020 Standard.

(3) kekerasan ujian: Penguji kekerasan Rockwell digunakan untuk menjalankan ujian kekerasan dengan beban 150 kgf dan masa pegangan sebanyak 15 detik. Lima titik pengukuran telah diambil untuk setiap sampel, dan nilai purata telah diambil. Kekerasan Rockwell (HRC) diukur mengikut GB/T 230.1-2018 Standard.

Rajah 1 menunjukkan OM, WHO, dan imej TEM bagi keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q yang diterima. Ia boleh dilihat daripada Rajah 1(A) (TENTANG imej) bahawa struktur mikro keluli yang diterima adalah terdiri daripada ferit acicular (DARIPADA), ferit poligon (PF), dan sedikit bainit (b). Bijirin halus dan seragam, dan saiz butiran purata adalah kira-kira 8 μm. Ferit acicular adalah komponen mikrostruktur utama, perakaunan kira-kira 65%-70%. Ferit poligon menyumbang kira-kira 20%-25%, dan bainit menyumbang kira-kira 5%-10%.

Rajah 1(b) (imej SEM) menunjukkan morfologi terperinci mikrostruktur. Ferit acicular mempunyai bentuk acicular yang halus, dan jarum saling bertaut antara satu sama lain, membentuk struktur rangkaian yang padat. Ferit poligon mempunyai bentuk poligon sekata, dan sempadan bijian jelas. Bainit mempunyai bentuk seperti lath, dan lath adalah selari antara satu sama lain. sebagai tambahan, sejumlah kecil martensit-austenit (M-A) pulau diperhatikan di sempadan butiran dan di antara jarum ferit acicular. Pulau M-A bersaiz kecil, dengan diameter kira-kira 0.5-1 μm.

Rajah 1(C) (imej TEM) menunjukkan struktur mikro halus keluli yang diterima. Ferit acicular mempunyai padu berpusat badan (BCC) struktur kristal, dan terdapat sejumlah besar kehelan dalam matriks ferit. Kehelan diedarkan secara seragam, yang bermanfaat untuk meningkatkan kekuatan keluli. sebagai tambahan, sejumlah besar mendakan halus diperhatikan dalam matriks ferit. Mendakan berbentuk sfera atau elips, dengan saiz lebih kurang 5-20 nm. Analisis EDS menunjukkan bahawa mendakan terutamanya Nb(C,N) dan VC, yang merupakan hasil daripada unsur pengaloian mikro. Mendakan ini boleh menyematkan kehelan dan sempadan butiran, menapis bijirin, dan meningkatkan kekuatan dan keliatan keluli.

Pembentukan struktur mikro keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q yang diterima adalah berkait rapat dengan proses pengeluarannya. Semasa proses rolling dan cooling, austenit berubah menjadi ferit acicular, ferit poligon, dan bainit. Unsur pengaloi mikro seperti Nb, V, dan Ti memainkan peranan penting dalam proses transformasi. Nb melambatkan penghabluran semula austenit, menjadikan butiran austenit lebih halus. Semasa proses penyejukan, butiran austenit halus mudah berubah menjadi ferit acicular. V dan Ti membentuk mendakan halus, yang menapis lagi butiran dan meningkatkan kekuatan keluli.

Rajah 2 menunjukkan imej OM bagi keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q selepas menormalkan pada suhu berbeza (880℃, 920℃, 950℃, 980℃) dan berhawa dingin. Ia boleh dilihat daripada Rajah 2 bahawa suhu menormalkan mempunyai kesan yang ketara ke atas struktur mikro keluli.

Apabila suhu normalisasi ialah 880 ℃ (Rajah 2(A)), struktur mikro keluli terdiri daripada ferit acicular, ferit poligon, dan sedikit bainit. Saiz bijirin purata adalah kira-kira 9 μm. Berbanding dengan keluli yang diterima, bahagian ferit acicular berkurangan sedikit (mengenai 60%), dan perkadaran ferit poligon meningkat sedikit (mengenai 25%). Ini kerana suhu normalisasi agak rendah, bijirin austenit tidak tumbuh sepenuhnya, dan perubahan austenit kepada ferit acicular tidak mencukupi.

Apabila suhu normalisasi ialah 920 ℃ (Rajah 2(b)), struktur mikro keluli terutamanya terdiri daripada ferit acicular (mengenai 75%), dengan sejumlah kecil ferit poligon (mengenai 20%) dan bainit (mengenai 5%). Saiz bijirin purata adalah kira-kira 7 μm. Ferit acicular adalah halus dan padat, dan tahap saling mengunci adalah tinggi. Ini kerana suhu normalisasi adalah sesuai, bijirin austenit telah tumbuh sepenuhnya dan seragam, dan penjelmaan austenit kepada ferit acicular adalah mencukupi. Struktur ferit acicular halus bermanfaat untuk meningkatkan kekuatan dan keliatan keluli.

Apabila suhu normalisasi ialah 950 ℃ (Rajah 2(C)), struktur mikro keluli masih kebanyakannya terdiri daripada ferit acicular (mengenai 70%), dengan sejumlah kecil ferit poligon (mengenai 22%) dan bainit (mengenai 8%). Saiz bijirin purata adalah kira-kira 8 μm. Berbanding dengan keluli yang dinormalkan pada 920 ℃, bahagian ferit acicular berkurangan sedikit, dan saiz bijian meningkat sedikit. Ini kerana suhu normalisasi terlalu tinggi, bijirin austenit mula tumbuh, yang membawa kepada peningkatan saiz bijian selepas transformasi.

Apabila suhu normalisasi ialah 980 ℃ (Rajah 2(D)), struktur mikro keluli terdiri daripada ferit acicular (mengenai 55%), ferit poligon (mengenai 30%), dan bainit (mengenai 15%). Saiz bijirin purata adalah kira-kira 12 μm. Saiz bijian meningkat dengan ketara, dan struktur ferit acicular menjadi kasar. Ini kerana suhu normalisasi terlalu tinggi, bijirin austenit tumbuh secara berlebihan, yang membawa kepada peningkatan ketara saiz bijian selepas transformasi. Struktur mikro yang kasar akan mengurangkan kekuatan dan keliatan keluli.

Keputusan di atas menunjukkan bahawa suhu normalisasi optimum untuk keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q ialah 920-950 ℃. Dalam julat suhu ini, keluli boleh memperoleh struktur mikro yang halus dan seragam dengan kadar ferit acicular yang tinggi, yang bermanfaat untuk meningkatkan sifat mekanikal keluli.

Rajah 3 menunjukkan imej OM bagi keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q selepas menormalkan pada 920℃ dan pembajaan pada suhu berbeza (550℃, 600℃, 650℃, 700℃) dan berhawa dingin. Ia boleh dilihat daripada Rajah 3 bahawa suhu pembajaan juga mempunyai kesan yang ketara ke atas struktur mikro keluli.

Apabila suhu pembajaan ialah 550 ℃ (Rajah 3(A)), struktur mikro keluli adalah serupa dengan keluli ternormal, terutamanya terdiri daripada ferit acicular, ferit poligon, dan sedikit bainit. Saiz bijirin purata adalah kira-kira 7 μm. Tiada perubahan jelas dalam struktur mikro berbanding dengan keluli ternormal. Ini kerana suhu pembajaan agak rendah, pemulihan dan penghabluran semula matriks ferit tidak mencukupi, dan transformasi fasa kedua tidak jelas.

Apabila suhu pembajaan ialah 600 ℃ (Rajah 3(b)), struktur mikro keluli masih kebanyakannya terdiri daripada ferit acicular (mengenai 72%), dengan sejumlah kecil ferit poligon (mengenai 23%) dan bainit (mengenai 5%). Saiz bijirin purata adalah kira-kira 7 μm. Ferit acicular adalah halus dan seragam, dan kehelan dalam matriks ferit dikurangkan. Sebilangan kecil mendakan simentit diperhatikan pada sempadan butiran dan di antara jarum ferit.. Mendakan simentit adalah halus dan sfera, yang boleh meningkatkan keliatan keluli.

Apabila suhu pembajaan ialah 650 ℃ (Rajah 3(C)), struktur mikro keluli terdiri daripada ferit acicular (mengenai 68%), ferit poligon (mengenai 27%), dan sedikit bainit (mengenai 5%). Saiz bijirin purata adalah kira-kira 8 μm. Ferit acicular mula terurai, dan ferit poligon tumbuh sedikit. Sebilangan besar mendakan simentit halus diperhatikan dalam matriks ferit. Mendakan simentit diagihkan secara seragam, yang boleh meningkatkan keliatan keluli. bagaimanapun, saiz bijian meningkat sedikit, yang boleh mengurangkan kekuatan keluli.

Apabila suhu pembajaan ialah 700 ℃ (Rajah 3(D)), struktur mikro keluli terdiri daripada ferit poligon (mengenai 50%), ferit acicular (mengenai 40%), dan bainit (mengenai 10%). Saiz bijirin purata adalah kira-kira 10 μm. Ferit acicular terurai dengan ketara, dan ferit poligon tumbuh dengan jelas. Mendakan simentit tumbuh dan beragregat, membentuk zarah simentit kasar. Struktur mikro kasar dan zarah simentit kasar akan mengurangkan kekuatan dan keliatan keluli dengan ketara..

Keputusan di atas menunjukkan bahawa suhu pembajaan optimum untuk keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q selepas normal pada 920℃ ialah 600-650℃. Dalam julat suhu ini, keluli itu boleh memperoleh struktur mikro yang halus dan seragam dengan perkadaran tinggi ferit acicular dan mendakan simentit halus, yang berfaedah untuk meningkatkan sifat mekanikal komprehensif keluli.

Jadual 2 menunjukkan sifat mekanikal keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q yang diterima. Ia boleh dilihat dari Jadual 2 bahawa keluli yang diterima mempunyai sifat mekanikal komprehensif yang sangat baik. Kekuatan hasil adalah 505 MPa, kekuatan tegangan ialah 635 MPa, pemanjangan ialah 30%, tenaga serapan hentaman pada -20℃ ialah 135 J, dan kekerasan Rockwell adalah 20 HRC. Semua penunjuk ini memenuhi sepenuhnya keperluan API 5L dan GB/T 9711 piawaian (API 5L memerlukan keluli X70 untuk mempunyai kekuatan hasil ≥485 MPa, kekuatan tegangan daripada 600-750 MPa, pemanjangan ≥20%, dan tenaga serapan hentaman pada -20 ℃ daripada ≥40 J).

Indeks Harta Mekanikal	Kekuatan Hasil σₛ (MPa)	Kekuatan Tegangan σᵦ (MPa)	Pemanjangan δ (%)	Tenaga Penyerapan Kesan Aₖᵥ (-20℃, J)	Rockwell Hardness HRC
Keluli yang Diterima	505	635	30	135	20
Keperluan Standard API 5L	≥485	600-750	≥20	≥40	–

Sifat mekanikal yang sangat baik bagi keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q yang diterima terutamanya disebabkan oleh struktur mikronya yang halus. Ferit acicular, dengan strukturnya yang halus dan saling mengunci, berkesan boleh menghalang pergerakan terkehel, meningkatkan kekuatan keluli. Pada masa yang sama, struktur ferit acicular yang saling mengunci juga boleh menyerap banyak tenaga semasa proses patah, meningkatkan keliatan keluli. Mendakan halus (NB(C,N) dan VC) meningkatkan lagi kekuatan keluli melalui pengukuhan kerpasan. Ferit poligon mempunyai kemuluran yang baik, yang meningkatkan pemanjangan keluli.

Jadual 3 menunjukkan sifat mekanikal keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q selepas menjadi normal pada suhu berbeza dan disejukkan udara. Ia boleh dilihat dari Jadual 3 bahawa suhu menormalkan mempunyai kesan yang ketara ke atas sifat mekanikal keluli.

Menormalkan Suhu (℃)	Kekuatan Hasil σₛ (MPa)	Kekuatan Tegangan σᵦ (MPa)	Pemanjangan δ (%)	Tenaga Penyerapan Kesan Aₖᵥ (-20℃, J)	Rockwell Hardness HRC
880	490	620	31	125	19
920	520	650	32	150	22
950	510	640	31	140	21
980	480	610	28	100	18

Apabila suhu normalisasi ialah 880 ℃, Kekuatan hasil, Kekuatan Tegangan, dan tenaga serapan hentaman keluli adalah lebih rendah sedikit daripada keluli yang diterima. Ini kerana suhu normalisasi agak rendah, bahagian ferit acicular adalah rendah, dan saiz butirannya lebih besar sedikit. Apabila suhu normalisasi ialah 920 ℃, keluli mempunyai kekuatan hasil yang paling tinggi (520 MPa), Kekuatan Tegangan (650 MPa), dan tenaga penyerapan hentaman (150 J). Ini kerana keluli mempunyai struktur mikro yang halus dan seragam dengan kadar ferit acicular yang tinggi, yang berkesan boleh meningkatkan kekuatan dan keliatan keluli. Apabila suhu normalisasi ialah 950 ℃, Kekuatan hasil, Kekuatan Tegangan, dan tenaga penyerapan hentaman keluli adalah lebih rendah sedikit daripada keluli yang dinormalkan pada 920℃. Ini kerana saiz bijian meningkat sedikit, dan bahagian ferit acicular berkurangan sedikit. Apabila suhu normalisasi ialah 980 ℃, Kekuatan hasil, Kekuatan Tegangan, dan tenaga serapan hentaman keluli berkurangan dengan ketara. Ini kerana saiz bijian meningkat dengan ketara, dan struktur ferit acicular menjadi kasar, yang mengurangkan kekuatan dan keliatan keluli.

Jadual 4 menunjukkan sifat mekanikal keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q selepas menormalkan pada 920℃ dan pembajaan pada suhu dan penyejukan udara yang berbeza. Ia boleh dilihat dari Jadual 4 bahawa suhu pembajaan juga mempunyai kesan yang ketara ke atas sifat mekanikal keluli.

Suhu Pembajaan (℃)	Kekuatan Hasil σₛ (MPa)	Kekuatan Tegangan σᵦ (MPa)	Pemanjangan δ (%)	Tenaga Penyerapan Kesan Aₖᵥ (-20℃, J)	Rockwell Hardness HRC
550	515	645	31	145	21
600	510	635	33	160	20
650	500	625	32	155	19
700	470	590	29	110	17

Apabila suhu pembajaan ialah 550 ℃, sifat mekanikal keluli adalah serupa dengan keluli ternormal. Ini kerana suhu pembajaan agak rendah, pemulihan dan penghabluran semula matriks ferit tidak mencukupi, dan transformasi fasa kedua tidak jelas. Apabila suhu pembajaan ialah 600 ℃, keluli mempunyai pemanjangan yang paling tinggi (33%) dan tenaga penyerapan hentaman (160 J). Ini kerana suhu pembajaan adalah sesuai, kehelan dalam matriks ferit berkurangan, dan sejumlah besar mendakan simentit halus terbentuk. Mendakan simentit halus boleh meningkatkan keliatan keluli, dan pemulihan matriks ferit boleh meningkatkan kemuluran keluli. Apabila suhu pembajaan ialah 650 ℃, Kekuatan hasil, Kekuatan Tegangan, Elongation, dan tenaga penyerapan hentaman keluli adalah lebih rendah sedikit daripada keluli yang dibaja pada 600℃. Ini kerana saiz bijian meningkat sedikit, dan mendakan simentit mula berkembang. Apabila suhu pembajaan ialah 700 ℃, Kekuatan hasil, Kekuatan Tegangan, Elongation, dan tenaga serapan hentaman keluli berkurangan dengan ketara. Ini kerana ferit acicular terurai dengan ketara, ferit poligon tumbuh dengan jelas, dan mendakan simentit tumbuh dan beragregat, yang mengurangkan kekuatan dan keliatan keluli.

Sifat mekanikal keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q sememangnya ditentukan oleh struktur mikronya. Berdasarkan analisis struktur mikro dan sifat mekanikal di atas, perkaitan antara mereka boleh diringkaskan seperti berikut:

pertama, ferit acicular (DARIPADA) ialah komponen mikrostruktur teras yang mempengaruhi sifat mekanikal komprehensif keluli. Struktur ferit acicular yang halus dan saling mengunci boleh menghalang pergerakan kehelan dengan ketara semasa proses tegangan, dengan itu meningkatkan kekuatan alah dan kekuatan tegangan keluli melalui pengukuhan kehelan. Sementara itu, Semasa proses impak, ferit acicular yang saling mengunci boleh menghalang pembiakan retakan dengan berkesan-retak perlu memintas jarum ferit acicular apabila mengembang, yang menggunakan sejumlah besar tenaga, sekali gus meningkatkan keliatan suhu rendah keluli. Semakin tinggi kadar ferit acicular, semakin halus saiz bijian, dan lebih baik sifat mekanikal komprehensif keluli. Sebagai contoh, apabila keluli dinormalisasi pada 920 ℃, bahagian ferit acicular mencapai kira-kira 75%, dan kekuatan hasil yang sepadan, Kekuatan Tegangan, dan tenaga penyerapan hentaman semuanya mencapai nilai maksimum, yang mengesahkan sepenuhnya peranan dominan ferit acicular.

Kedua, ferit poligon (PF) mempunyai kesan positif terhadap kemuluran keluli. Ferit poligon mempunyai bentuk poligon tetap dan lebih sedikit kehelan di dalamnya, jadi ia mempunyai kemuluran yang baik. Perkadaran ferit poligon yang sesuai boleh meningkatkan pemanjangan keluli, menjadikan keluli mempunyai keupayaan ubah bentuk plastik yang lebih baik. bagaimanapun, jika bahagian ferit poligon terlalu tinggi, kekuatan keluli akan berkurangan. Sebagai contoh, Apabila suhu normalisasi ialah 980 ℃, bahagian ferit poligon meningkat kepada kira-kira 30%, dan kekuatan alah dan kekuatan tegangan keluli berkurangan dengan ketara kepada 480 MPa dan 610 MPa masing-masing.

Ketiga, bainit (b) dan martensit-austenit (M-A) pulau mempunyai impak dua ke atas sifat mekanikal keluli. Sebilangan kecil bainit boleh meningkatkan kekuatan keluli kerana struktur lathnya yang padat. bagaimanapun, bainit yang berlebihan akan mengurangkan keliatan keluli kerana struktur lath mudah menyebabkan kepekatan tegasan. Pulau M-A adalah fasa keras dan rapuh. Sebilangan kecil pulau M-A halus boleh meningkatkan kekuatan keluli melalui pengukuhan serakan, tetapi jika pulau M-A adalah kasar atau diedarkan secara tertumpu, mereka akan menjadi punca keretakan semasa proses hentaman, mengurangkan dengan ketara keliatan suhu rendah keluli. Dalam keluli yang diterima dan keluli selepas rawatan haba yang optimum, kandungan bainit dikawal di bawah 5%-10%, dan pulau-pulau M-A adalah halus dan sekata, jadi mereka tidak mempunyai kesan buruk terhadap keliatan keluli.

Keempat, mendakan halus (NB(C,N), VC) memainkan peranan penting dalam pengukuhan kerpasan. Unsur pengaloian mikro Nb, V, dan Ti dalam keluli membentuk mendakan halus semasa proses pengeluaran dan rawatan haba. Mendakan ini berbentuk sfera atau elips, dengan saiz lebih kurang 5-20 nm, dan boleh menyematkan kehelan dan sempadan butiran. Di satu pihak, mereka menghalang pergerakan terkehel, meningkatkan kekuatan keluli; Sebaliknya, mereka menghalang pertumbuhan bijirin, memperhalusi saiz butir, dan dengan itu meningkatkan keliatan keluli. Keputusan pemerhatian TEM menunjukkan bahawa mendakan dalam keluli yang diterima dan keluli selepas rawatan haba optimum adalah halus dan sekata., yang merupakan sebab penting bagi sifat mekanikal komprehensif yang sangat baik bagi keluli.

Akhirnya, saiz butiran mempunyai kesan yang ketara ke atas sifat mekanikal keluli. Mengikut formula Hall-Petch, kekuatan keluli adalah berkadar songsang dengan punca kuasa dua saiz butiran-lebih halus saiz butiran, semakin tinggi kekuatan keluli itu. Pada masa yang sama, butiran halus juga boleh meningkatkan keliatan keluli kerana sempadan butiran boleh menghalang penyebaran keretakan. Sebagai contoh, Apabila suhu normalisasi ialah 920 ℃, saiz butiran purata keluli adalah kira-kira 7 μm, yang paling kecil di antara semua keadaan ujian, dan sifat mekanikal yang sepadan adalah yang terbaik. Apabila suhu normalisasi ialah 980 ℃, saiz butiran purata meningkat kepada 12 μm, dan sifat mekanikal keluli berkurangan dengan ketara.

Untuk memahami lebih lanjut mekanisme patah bagi keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q dan hubungannya dengan struktur mikro, morfologi patah bagi sampel hentaman tegangan dan Charpy telah diperhatikan oleh SEM. Rajah 4 menunjukkan morfologi patah SEM bagi keluli yang diterima dan keluli selepas rawatan haba pada suhu yang berbeza.

Rajah 4(A) menunjukkan morfologi patah tegangan bagi keluli yang diterima. Ia boleh dilihat bahawa permukaan patah terdiri daripada sejumlah besar lesung pipit dengan saiz yang berbeza, dan lesung pipit diedarkan secara seragam. Terdapat juga sebilangan kecil rabung koyak di antara lesung pipit. Ini adalah morfologi patah mulur yang tipikal, menunjukkan bahawa keluli yang diterima mempunyai kemuluran yang baik. Pembentukan lesung pipit adalah disebabkan oleh nukleasi, Pertumbuhan, dan penyatuan lompang semasa proses tegangan. Struktur mikro halus keluli yang diterima menyediakan lebih banyak tapak nukleasi untuk lompang, dan struktur ferit acicular yang saling mengunci boleh menghalang pertumbuhan dan penyatuan lompang, sehingga membentuk sejumlah besar lesung pipit halus.

Rajah 4(b) menunjukkan morfologi patah tegangan keluli dinormalkan pada 920 ℃. Berbanding dengan keluli yang diterima, lesung pipit pada permukaan patah lebih halus dan lebih seragam, dan bilangan rabung air mata bertambah. Ini menunjukkan bahawa keluli yang dinormalkan pada 920 ℃ mempunyai kemuluran yang lebih baik dan kekuatan tegangan yang lebih tinggi. Struktur ferit acicular halus dalam keluli menyediakan lebih banyak tapak nukleasi untuk lompang, dan mendakan halus menyematkan kehelan, menjadikan pertumbuhan lompang dan penyatuan lebih sukar, sehingga membentuk lesung pipit yang lebih halus.

Rajah 4(C) menunjukkan morfologi patah tegangan keluli dinormalkan pada 980 ℃. Dapat dilihat lesung pipit pada permukaan patah adalah kasar dan tidak sekata, dan terdapat sebilangan kecil satah belahan. Ini menunjukkan bahawa keluli yang dinormalisasi pada 980 ℃ mempunyai kemuluran yang lemah, dan mod patah ialah patah campuran kemuluran dan kerapuhan. Struktur mikro kasar keluli menjadikan lompang mudah tumbuh dan bergabung semasa proses tegangan, dan kepekatan tegasan mudah berlaku pada sempadan butiran, membawa kepada penjanaan satah belahan.

Rajah 4(D) menunjukkan morfologi patah hentaman Charpy bagi keluli yang diterima pada -20℃. Permukaan patah terdiri daripada sejumlah besar lesung pipit halus dan rabung koyak, tanpa satah belahan yang jelas. Ini adalah morfologi patah mulur yang tipikal, menunjukkan bahawa keluli yang diterima mempunyai keliatan suhu rendah yang sangat baik. Semasa proses impak, struktur ferit acicular yang saling mengunci boleh menyerap banyak tenaga, dan lompang nukleus dan tumbuh dalam matriks ferit, membawa kepada patah mulur.

Rajah 4(e) menunjukkan morfologi patah hentaman Charpy bagi keluli yang dibaja pada 600 ℃ selepas normal pada 920 ℃. Permukaan patah terdiri daripada lesung pipit yang lebih halus daripada keluli yang diterima, dan pengagihannya lebih seragam. Ini menunjukkan bahawa keluli yang dibaja pada 600 ℃ mempunyai keliatan suhu rendah yang lebih baik. Mendakan simentit halus yang terbentuk semasa proses pembajaan boleh meningkatkan keliatan keluli dengan menyematkan kehelan dan menghalang perambatan retak. Pada masa yang sama, pemulihan matriks ferit mengurangkan ketumpatan kehelan, menjadikan keluli lebih mudah berubah bentuk secara plastis semasa proses hentaman, sehingga membentuk lesung pipit yang lebih halus.

Rajah 4(F) menunjukkan morfologi patah hentaman Charpy bagi keluli yang dibaja pada 700 ℃ selepas normal pada 920 ℃. Permukaan patah mempunyai satah belahan yang jelas dan sebilangan kecil lesung pipit kasar. Ini menunjukkan bahawa keluli yang dibaja pada 700 ℃ mempunyai keliatan suhu rendah yang lemah, dan mod patah ialah patah campuran kemuluran dan kerapuhan. Penguraian ferit acicular dan pertumbuhan ferit poligon semasa proses pembajaan menjadikan struktur mikro menjadi kasar, dan simentit kasar memendakan agregat pada sempadan butiran, membawa kepada kepekatan tekanan. Semasa proses impak, retakan mudah mula dan merambat di sepanjang sempadan butiran dan satah belahan, mengakibatkan keretakan rapuh.

Analisis morfologi patah selanjutnya mengesahkan korelasi antara struktur mikro dan sifat mekanikal keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q. Struktur mikro yang halus dan seragam (kadar ferit acicular yang tinggi, bijirin halus, mendakan halus) membawa kepada mod patah mulur dengan lesung pipit yang halus dan seragam, sepadan dengan sifat mekanikal komprehensif yang sangat baik. Sebaliknya, struktur mikro yang kasar (kadar ferit acicular yang rendah, bijirin kasar, mendakan kasar) membawa kepada mod patah campuran kemuluran dan kerapuhan dengan lesung pipit kasar dan satah belahan, sepadan dengan sifat mekanikal yang lemah.

Dalam kertas ini, kajian komprehensif mengenai struktur mikro dan sifat mekanikal API 5L X70Q/L485Q keluli saluran paip lancar telah dijalankan menggunakan OM, WHO, TEM, ujian tegangan, Ujian Kesan Charpy, kekerasan ujian, dan analisis morfologi patah. Kesimpulan utama adalah seperti berikut:

(1) Struktur mikro keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q yang diterima terutamanya terdiri daripada ferit acicular (DARIPADA, 65%-70%), ferit poligon (PF, 20%-25%), dan sedikit bainit (b, 5%-10%) dan martensit-austenit (M-A) pulau-pulau. Saiz bijirin purata adalah kira-kira 8 μm. Sebilangan besar mendakan halus (NB(C,N) dan VC, 5-20 nm) diedarkan secara seragam dalam matriks ferit. Keluli yang diterima mempunyai sifat mekanikal komprehensif yang sangat baik: Menghasilkan Kekuatan 505 MPa, Kekuatan Tegangan 635 MPa, Elongation 30%, tenaga penyerapan hentaman pada -20 ℃ 135 J, dan kekerasan Rockwell 20 HRC, yang memenuhi sepenuhnya keperluan API 5L dan GB/T 9711 piawaian.

(2) Menormalkan suhu mempunyai kesan yang ketara ke atas struktur mikro dan sifat mekanikal keluli. Dengan peningkatan suhu normalisasi daripada 880 ℃ kepada 980 ℃, bahagian ferit acicular mula-mula meningkat dan kemudian berkurangan, dan saiz bijian mula-mula mengecil dan kemudian bertambah. Suhu normalisasi optimum ialah 920-950 ℃. Pada julat suhu ini, keluli memperoleh struktur mikro yang halus dan seragam dengan kadar ferit acicular yang tinggi (70%-75%) dan saiz butiran purata sebanyak 7-8 μm. Sifat mekanikal yang sepadan adalah yang terbaik: Menghasilkan Kekuatan 510-520 MPa, Kekuatan Tegangan 640-650 MPa, Elongation 31%-32%, tenaga penyerapan hentaman pada -20 ℃ 140-150 J, dan kekerasan Rockwell 21-22 HRC.

(3) Suhu pembajaan juga mempunyai kesan ketara ke atas struktur mikro dan sifat mekanikal keluli yang dinormalkan pada 920 ℃. Dengan peningkatan suhu pembajaan daripada 550 ℃ kepada 700 ℃, ferit acicular secara beransur-ansur terurai, ferit poligon berkembang, dan simentit mengendap terlebih dahulu ditapis dan kemudian menjadi kasar. Suhu pembajaan optimum ialah 600-650 ℃. Pada julat suhu ini, keluli mengekalkan kadar ferit acicular yang tinggi (68%-72%) dan mendakan simentit halus. Sifat mekanikal yang sepadan adalah sangat baik: Menghasilkan Kekuatan 500-510 MPa, Kekuatan Tegangan 625-635 MPa, Elongation 32%-33%, tenaga penyerapan hentaman pada -20 ℃ 155-160 J, dan kekerasan Rockwell 19-20 HRC.

(4) Sifat mekanikal komprehensif API 5L X70Q/L485Q keluli saluran paip lancar terutamanya ditentukan oleh jenis, perkadaran, dan saiz butiran komponen mikrostruktur. Ferit acicular adalah faktor utama yang meningkatkan kekuatan dan keliatan keluli; ferit poligon meningkatkan kemuluran keluli; mendakan halus (NB(C,N) dan VC) meningkatkan kekuatan keluli melalui pengukuhan kerpasan; butiran halus meningkatkan kedua-dua kekuatan dan keliatan keluli. Struktur mikro yang halus dan seragam dengan kadar ferit acicular yang tinggi, bijirin halus, dan mendakan halus membawa kepada sifat mekanikal komprehensif yang sangat baik.

(5) Mod patah bagi keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q dengan sifat mekanikal yang sangat baik ialah patah mulur, dan permukaan patah terdiri daripada lesung pipit yang halus dan seragam. Untuk keluli dengan sifat mekanikal yang lemah disebabkan oleh struktur mikro yang kasar, mod patah ialah patah campuran kemuluran dan kerapuhan, dan permukaan patah mempunyai lesung pipit kasar dan satah belahan.

Walaupun kertas kerja ini telah mencapai hasil penyelidikan yang mendalam tentang struktur mikro dan sifat mekanikal API 5L X70Q/L485Q keluli saluran paip lancar, masih terdapat beberapa aspek yang perlu dikaji dengan lebih lanjut pada masa hadapan:

(1) Perluasan penyelidikan mengenai persekitaran perkhidmatan. Kertas ini terutamanya mengkaji struktur mikro dan sifat mekanikal keluli di bawah suhu bilik dan suhu rendah (-20℃) keadaan. bagaimanapun, Keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q sering digunakan dalam persekitaran perkhidmatan yang keras seperti tekanan tinggi, kakisan (Co₂, H₂s), dan suhu berselang-seli. Penyelidikan masa depan boleh memberi tumpuan kepada evolusi struktur mikro dan sifat mekanikal keluli di bawah persekitaran perkhidmatan yang keras ini, dan mengkaji rintangan kakisan dan sifat kelesuan keluli, untuk menyediakan asas teori yang lebih komprehensif untuk operasi selamat saluran paip.

(2) Penyelidikan tentang teknologi rawatan haba termaju. Kertas kerja ini terutamanya mengkaji kesan proses penormalan dan pembajaan ke atas struktur mikro dan sifat mekanikal keluli. Dengan perkembangan teknologi rawatan haba, teknologi rawatan haba termaju seperti pelindapkejutan dan pembajaan (Q&T), penggelek terkawal dan penyejukan terkawal (TMCP), dan pelindapkejutan isoterma telah digunakan secara meluas dalam pengeluaran keluli saluran paip. Penyelidikan masa depan boleh menyiasat kesan teknologi rawatan haba termaju ini pada struktur mikro dan sifat mekanikal keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q, dan meneroka proses rawatan haba yang lebih optimum untuk meningkatkan lagi prestasi keluli.

(3) Penyelidikan tentang mekanisme unsur pengaduan mikro. Kertas kerja ini hanya menganalisis secara ringkas peranan unsur pengaloian mikro seperti Nb, V, dan Ti. Penyelidikan masa depan boleh menggunakan pengiraan prinsip pertama dan simulasi medan fasa untuk mengkaji secara mendalam mekanisme interaksi antara unsur pengaduan mikro dan matriks, mekanisme nukleasi dan pertumbuhan mendakan, dan kesan unsur pengaloian mikro ke atas proses transformasi fasa, untuk menyediakan asas teori untuk reka bentuk dan pengoptimuman komposisi kimia keluli.

(4) Aplikasi teknologi pembuatan pintar. Penyelidikan masa depan boleh memperkenalkan kecerdasan buatan dan teknologi data besar ke dalam proses pengeluaran keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q. Dengan membina model ramalan struktur mikro dan sifat mekanikal berdasarkan parameter proses pengeluaran, pemantauan masa nyata dan pengoptimuman proses pengeluaran dapat direalisasikan, yang akan meningkatkan kecekapan pengeluaran dan produk kualiti kestabilan keluli.

(5) Penyelidikan tentang kebolehkimpalan. Walaupun keluli saluran paip lancar mengelakkan kecacatan pada sambungan yang dikimpal, ia masih perlu dikimpal semasa pembinaan saluran paip. Penyelidikan masa depan boleh mengkaji kebolehkimpalan keluli saluran paip lancar API 5L X70Q/L485Q, menganalisis struktur mikro dan sifat mekanikal kimpalan dan zon terjejas haba (HAZ), dan mencadangkan proses kimpalan yang optimum untuk memastikan kualiti kimpalan dan prestasi keseluruhan saluran paip.